文／怪醫鳥博士

上回說到，自從富蘭克林（Benjamin Franklin）證明了閃電、靜電都是同一種電之後，電的性質陸續被人們所了解，接下來出現一個新的問題：怎麼測量「靜電力」？

能夠「測量」才稱得上是「科學」，但靜電看不見摸不著，只知道它能超距作用，那該如何去計算它？

等等！超距力？這該不會跟牛頓所提的，「兩物體相互吸引力跟距離平方成反比」重力公式有關吧？

會這樣想也不是憑空想像，因為牛頓曾經指出:「中空球體內重力為零！」，而富蘭克林也發現了空心金屬罐內電力是零，所以很有可能「電力」和「磁力」這種超距力，都和重力公式類似。

扭轉角度 反應微力

但是靜電力實在太微弱了──你想知道一個東西的質量大小，你可以用秤的；但想知道電量大小，卻不知用什麼「秤」？

庫侖（Charles Coulomb），原本專長是「要塞建築」的法國軍方工程師，想到了方法。當時法國懸賞能夠改良「磁針不夠準確」的方案，熟悉力學的庫侖提出了見解：磁針如果放在軸上，摩擦力會影響磁針自由轉動，使用絲線懸掛磁針可以減少摩擦力。

在磁針實驗過程中，他進一步發現絲線扭轉的扭力和磁針轉動角度成比例關係。於是他想到可以根據絲線扭轉程度，來測量極小的作用力，最終發明了「電扭秤」！藉由計算扭秤旋轉角度和兩金屬球之間的距離，可以推算出其關係。

那還是不知道電量大小，怎麼辦？

傳導折半 吸引擺動

沒關係，當時人們已知道電會「傳導」，所以假設A球帶Q電量的電，一樣大小的B球跟它接觸後，應該變成A=B=0.5Q，再重複一次可以得到0.25Q，再一次可以得到0.125Q。

所以雖然不知道Q實際的量，但卻可以根據不同比例的電量與其轉動角度比較。

結果庫倫得到了「電的交互作用力」與「距離平方成反比」的結論，實驗數據只差了0.04。要做這樣的實驗其實很不容易，因為電力很容易隨時間流失，而且帶電球的體積無法被視為點電荷，所以庫侖主觀認為0.04應該只是實驗誤差！

另外，做吸力測試時，由於兩球常互相接觸，電力也因此中和了；他又另外設計了電擺實驗來做吸力測試，利用吸引造成的擺動頻率來測量。實驗結果也是很接近作用力與距離平方成反比。

卡文迪西 獨學無友

事實上，之前文章提過的，也獨立發明扭秤來測量重力的卡文迪西（Henry Cavendish），早就根據「空心金屬罐內電力是零」設計了一個非常巧妙的「雙層中空金屬球」的實驗，比庫侖早了11年得到一樣的結果──誤差值甚至只有0.02！但是個性孤僻，朋友非常少的卡文迪西，卻沒有公布這項結果，一直到將近100年後，他的實驗資料才被發現。

這也告訴我們，「獨學而無友」對科學發展是不太好的，多多知識交流發表，才能促使科學更進步。庫倫能夠從一名軍方工程師，透過巧妙實驗而成為留名青史的科學家，這研究的精神值得我們敬佩！